Nanopartículas bimagnéticas para aplicaciones biomédicas: caracterización por técnicas neutrónicas

DINA TOBIA; ENIO LIMA JR.; TEOBALDO TORRES MOLINA; MARTÍN E. SALETA; MARCELO VASQUEZ MANSILLA; MARIANA RAINERI; EMILIO DE BIASI; ROBERTO ZYSLER; ELIN WINKLER

Congreso; III Congreso Argentino de Técnicas Neutrónicas (TN 2021); 2021

Caso científico: Descripción de la línea de trabajo: En los últimos años se han desarrollados nuevos métodos de síntesis que han permitido la fabricación de sistemas complejos de nanopartículas magnéticas (NPs) con estructura tipo carozo/cáscara (core/shell). Esta arquitectura combina materiales con diferentes composiciones y propiedades, permitiendo sintonizar propiedades físico-químicas específicas, brindando así nuevas perspectivas para sus potenciales aplicaciones. Sin embargo, la complejidad que presentan estos sistemas también requiere de un estudio exhaustivo de la estequiometria, morfología y cristalinidad de cada una de sus componentes, así como del rol que desempeñan los efectos de superficie y el acoplamiento magnético en las interfaces. En este contexto hemos fabricado por ruta química sistemas tipo core/shell basados en la combinación de ferritas mixtas, tales como Fe_3O_4/Co_xZn_1-xFe_2O_4, obteniendo un control de la anisotropía y magnetización del sistema a través de variaciones controladas de tamaños y de las sustituciones iónicas. Estos sistemas tienen potencial para ser utilizados en aplicaciones biomédicas, como la hipertermia de fluido magnético (MFH), que consiste en calentar un tejido o células por las pérdidas magnéticas de NPs en un campo magnético alterno, siendo una promisoria técnica para tratamientos oncológicos. Sin embargo, uno de los factores que más influencia tiene en el desempeño en MFH es el grado de aglomeración de las partículas en el medio intracelular, ya que cambia drásticamente la relajación magnética del sistema. Con el objetivo de investigar la configuración magnética local de cada componente de las NPs, así como sus efectos de agregación, en este trabajo se propone un estudio por dispersión de neutrones a bajo ángulo (SANS).Aporte de las técnicas neutrónicas: La fabricación de sistemas de nanopartículas magnéticas core/shell con propiedades físico-químicas sintonizadas mejoró significativamente la potencialidad de estos sistemas para aplicaciones biomédicas, tales como la hipertermia de fluido magnético (MFH). Sin embargo, el comportamiento superparamagnético, esencial para evitar la aglomeración de NPs magnéticas, limita sustancialmente su rendimiento en MFH. En este contexto, la técnica de dispersión de neutrones a bajo ángulo (SANS) es una herramienta única y poderosa para dilucidar la estructura de cada componente, la interacción entre partículas y las transiciones de fase en materiales nanoestructurados complejos. Complementada con caracterizaciones tradicionales como difracción de rayos-X y microscopía electrónica, así como con difracción de neutrones, la técnica de SANS brindaría una comprensión y predicción precisas de los mecanismos de relajación magnéticos involucrados en los procesos de MFH. Esto aportaría información fundamental para elegir las condiciones apropiadas en el proceso de síntesis de NPs y elegir composiciones y tamaños que optimicen los mecanismos de absorción de potencia del campo magnético y su capacidad de calentamiento. En comparación con la dispersión de rayos-X, la cual puede inducir daños, degradación o cambios químicos en biomateriales, la técnica SANS es un método no destructivo capaz de proporcionar información estructural y magnética estadísticamente representativa de una muestra en una amplia gama de condiciones de los sistemas investigados. NPs con arquitectura core/shell con composición M^1_yFe_3-yO_4/M^2_xM^3_1-xFe_2O_4 (donde M^1, M^2 y M^3 son distintos iones metálicos 3d) son sistemas ideales para su uso en MFH que podrían ser estudiados con SANS, realizando medidas en función de la temperatura, viscosidad del medio y concentración de las NPs para estudiar la aglomeración, así como estudios con haz polarizado en estos sistemas autoensamblados.